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  <title>JVM运行时数据区域 | Lenoy聆羽</title>
  








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          <h1 class="post-title" itemprop="name headline">JVM运行时数据区域</h1>
        

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<h3 id="程序计数器"><a href="#程序计数器" class="headerlink" title="程序计数器"></a>程序计数器</h3><p>程序计数器是一块<strong>较小</strong>的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的 行号指示器 ；在虚拟机的概念模型里（仅仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时，就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳准、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成 ；</p>
<ul>
<li>各线程私有，生命周期随着线程，线程启动而产生，线程结束而消亡</li>
<li>它的作用可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，如果线程正在执行一个java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地Native方法，这个计数器的值则为空。</li>
<li>此区域是唯一一个在java虚拟机规范中唯一没有规定任何OutOfMemoryError异常情况的区域</li>
</ul>
<h3 id="虚拟机栈"><a href="#虚拟机栈" class="headerlink" title="虚拟机栈"></a>虚拟机栈</h3><p>虚拟机栈是用于描述java方法执行的内存模型，是一个线程私有的后进先出栈，生命周期与线程相同。它用来存储栈帧，支撑java方法的调用、执行和退出。<br>每个方法执行的时候都会创建栈帧，用来创建这个方法的操作数栈、局部变量表、方法出口、动态连接等信息，一个方法从调用到结束的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。<br>虚拟机栈可能出现OutOfMemoryError异常和StackOverflowError异常：</p>
<ul>
<li>如果现场请求的栈深度大于java虚拟机所允许的最大栈深度，就会抛出StackOverflowError异常</li>
<li>如果java虚拟机被设置成可以动态扩展，而动态扩展时又无法获取到足够的内存，或者在建立新线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，就会抛出OutOfMemoryError异常</li>
</ul>
<h4 id="栈帧"><a href="#栈帧" class="headerlink" title="栈帧"></a>栈帧</h4><p>栈帧就是java虚拟机栈中存储的内容，它被用于存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接、方法返回值和异常分派。<br>一个完整的栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态连接信息、方法出口、方法正常完成和异常完成信息，创建栈帧时的局部变量表的大小和操作数栈的深度在编译时就已经确定了，这些信息会被编译器写入class文件中。</p>
<h5 id="局部变量表"><a href="#局部变量表" class="headerlink" title="局部变量表"></a>局部变量表</h5><p>局部变量表是一组变量值的存储空间，用于存储方法、参数、方法内部的局部变量等信息，由若干个Slot（变量槽）组成，长度由编译期确定。局部变量表中的Slot是可以被重用的，当程序计数器的值超过了方法体内的某个变量的作用域范围，那这个变量的Slot空间就会被释放出来。<br>单个Slot可以存储一个类型为boolean、byte、char、short、float、reference、returnAddress的数据，两个Slot可以存储一个类型为long或double的数据，java虚拟机不允许单独访问存储64位数据的Slot，允许对long和double类型的数据的内存访问分为两次32位的操作。</p>
<ul>
<li><strong>reference</strong>类型，表示一个对象实例的引用，java虚拟机规范没有规定一个reference的长度和数据结构，但是java虚拟机至少要能通过这个reference直接或者间接的查找到这个java对象存放在java堆中实例对象的引用地址和这个java对象所属的数据类型在java方法区中的类型信息</li>
<li><strong>returnAddress</strong>类型，已经不再使用，以前的版本中是为了jsr、jsrw、ret这三条字节码指令服务的，指向一条字节码指令的地址，用来实现异常处理</li>
</ul>
<p>局部变量表用于方法间传递参数，以及方法执行过程中存储基础数据类型的值和对象的引用。如果者正在调用的方法是一个实例方法，那么它的局部变量表的第 0 号Slot用于存储这个方法所属对象的实例引用，在方法中可以通过this访问到这个引用。剩下的方法参数会按照参数表的顺序从第 1 号Slot进行排列，再根据方法中的局部变量定义顺序以及作用域来分配剩下的Slot给其他局部变量。</p>
<h5 id="操作数栈"><a href="#操作数栈" class="headerlink" title="操作数栈"></a>操作数栈</h5><p>操作数栈是一个后进先出栈，有若干个Entry组成，长度在编译器确定。单个Entry可以存储java虚拟机中定义的任意数据类型的值，32位数据类型的Entry深度为1，64位数据类型的Entry深度为2<br>。在方法执行过程中，局部变量表中的变量是不可直接使用的，如需使用必须通过相关指令将其加载至操作数栈中作为操作数使用，操作数栈用于存储计算参数和计算结果；在方法调用时，操作数栈原来准备调用方法的参数以及接收方法的返回结果。</p>
<h5 id="方法出口"><a href="#方法出口" class="headerlink" title="方法出口"></a>方法出口</h5><p>一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法：</p>
<ul>
<li>执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令，这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者，是否有返回值和返回值的类型将根据遇到的何种方法返回指令来决定，这种退出的方式称为正常完成出口。</li>
<li>方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理，无论是Java虚拟机内部产生的异常，还是代码中使用athrow字节指令产生的异常，只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，这种退出称为异常完成出口。</li>
</ul>
<h3 id="本地方法栈"><a href="#本地方法栈" class="headerlink" title="本地方法栈"></a>本地方法栈</h3><p>本地方法栈是一个线程私有的后进先出栈，生命周期与线程相同。它用来支撑Native方法的调用、执行和退出。本地方法栈可能出现OutOfMemoryError异常和StackOverflowError异常。<br>有一些虚拟机（如HotSpot）将java虚拟机栈和本地方法栈合并实现。</p>
<h3 id="java堆"><a href="#java堆" class="headerlink" title="java堆"></a>java堆</h3><p>java堆是java虚拟机中最大的一块全局共享区域，作为java对象的主要存储区域。该区域可以在物理上不连续的空间分配区域，只要在逻辑上是连续的就可以，需要实现自动内存管理。<br>其大小通过 <strong>-Xms</strong>（最小值）和 <strong>-Xmx</strong>（最大值）参数设置，<strong>-Xms</strong>为JVM启动时申请的最小内存，默认为操作系统物理内存的1/64但小于1G，<strong>-Xmx</strong>为JVM可申请的最大内存，默认为物理内存的1/4但小于1G，默认当空余堆内存小于40%时，JVM会增大Heap到 <strong>-Xmx</strong>指定的大小，可通过 <strong>-XX:MinHeapFreeRation</strong> 来指定这个比列；当空余堆内存大于70%时，JVM会减小heap的大小到 <strong>-Xms</strong>指定的大小，可通过 <strong>XX:MaxHeapFreeRation</strong> 来指定这个比列，对于运行系统，为避免在运行时频繁调整Heap的大小，通常 <strong>-Xms</strong>与 <strong>-Xmx</strong>的值设成一样。如果程序运行中实际所需的堆超过了自动内存管理系统所能提供的最大容量，就会抛出OutOfMemoryError异常。</p>
<p>为了便于垃圾回收，Java堆空间分成三个区域，分别叫作New Generation（新生代）, Old Generation或叫作Tenured Generation（老年代），还有Perm Space（永久代）。</p>
<p>现在很多收集器都是采用分代收集算法，堆被划分为新生代和老年代。新生代主要存储新创建的对象和尚未进入老年代的对象。老年代存储经过多次新生代GC（Minor GC）任然存活的对象。</p>
<ul>
<li>新生代：程序新创建的对象都是从新生代分配内存，新生代由Eden Space和两块相同大小的Survivor Space（通常又称S0和S1或From和To）构成，可通过 <strong>-Xmn</strong> 参数来指定新生代的大小，也可以通过 <strong>-XX:SurvivorRation</strong> 来调整Eden Space及Survivor Space的大小</li>
<li>老年代： 用于存放经过多次新生代GC任然存活的对象，例如缓存对象，新建的对象也有可能直接进入老年代，主要有两种情况：<ul>
<li>大对象，可通过启动参数设置 <strong>-XX:PretenureSizeThreshold</strong>（单位为字节，默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配，而是直接在老年代分配</li>
<li>大的数组对象，且数组中无引用外部对象。 老年代所占的内存大小为 <strong>-Xmx</strong> 对应的值减去-Xmn对应的值。</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h3 id="方法区"><a href="#方法区" class="headerlink" title="方法区"></a>方法区</h3><p>方法区是一个全局共享的存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量的区域，也称“永久代” 、“非堆”。方法区的默认最小值为16MB，最大值为64MB，可以通过 <strong>-XX:PermSize</strong> 和 <strong>-XX:MaxPermSize</strong> 参数限制方法区的大小，当方法区不能满足内存分配需求时会抛出OutOfMemoryError异常。<br>JDK 6 之前，HotSpot使用永久代实现方法区。JDK 7 开始，HotSpot开始移除永久代，字符串常量池和类的静态引用被移到 Java Heap 中，JDK 8开始，永久代已被元空间替代。</p>
<ul>
<li>由于所有的线程都共享方法区，所以，方法区里的数据访问必须被设计成线程安全的</li>
<li>方法区的大小不必是固定的，JVM可根据应用需要动态调整。同时，方法区也不一定是连续的，方法区可以在一个堆(甚至是JVM自己的堆)中自由分配</li>
<li>方法区也可被垃圾收集，当某个类不在被使用(不可触及)时，JVM将卸载这个类，进行垃圾收集</li>
</ul>
<h3 id="直接内存"><a href="#直接内存" class="headerlink" title="直接内存"></a>直接内存</h3><p>直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java 虚拟机规范中定义的内存区域。JDK 1.4 开始引入NIO，它可以调用Native方法直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这个堆外内存就是本机内存，不会影响到堆内存的大小。这样做的目的是避免Java堆和Native<br>堆中来回复制数据带来的性能损耗。</p>
<ul>
<li>本机直接内存的分配不会受到Java 堆大小的限制，受到本机总内存大小限制</li>
<li>直接内存也可以由 <strong>-XX:MaxDirectMemorySize</strong> 指定</li>
<li>直接内存申请空间耗费更高的性能</li>
<li>直接内存IO读写的性能要优于普通的堆内存</li>
</ul>
<p>当我们的需要频繁访问大的内存而不是申请和释放空间时，通过使用直接内存可以提高性能。<br>由于申请直接内存不由虚拟机管理，所以由此导致的 OOM 是不会在 Heap Dump 文件中看出明显的异常。当 OOM 后发现 Dump 文件很小同时程序直接或间接使用了 NIO ，就可以考虑一下这方面的原因。</p>

      
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            <a href="/blog/tags/数据区域/" rel="tag"><i class="fa fa-tag"></i> 数据区域</a>
          
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              <a href="/blog/NIO_scatter&gather.html" rel="next" title="Java NIO学习笔记（六）Scatter/Gather">
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            文章目录
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            站点概览
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              <img class="site-author-image" itemprop="image" src="/blog/images/head.jpg" alt="liuchao">
            
              <p class="site-author-name" itemprop="name">liuchao</p>
              <p class="site-description motion-element" itemprop="description">好记性不如烂笔头，记下来，迈出去</p>
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                  <span class="site-state-item-name">分类</span>
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              <div class="post-toc-content"><ol class="nav"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#程序计数器"><span class="nav-number">1.</span> <span class="nav-text">程序计数器</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#虚拟机栈"><span class="nav-number">2.</span> <span class="nav-text">虚拟机栈</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-4"><a class="nav-link" href="#栈帧"><span class="nav-number">2.1.</span> <span class="nav-text">栈帧</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-5"><a class="nav-link" href="#局部变量表"><span class="nav-number">2.1.1.</span> <span class="nav-text">局部变量表</span></a></li><li class="nav-item nav-level-5"><a class="nav-link" href="#操作数栈"><span class="nav-number">2.1.2.</span> <span class="nav-text">操作数栈</span></a></li><li class="nav-item nav-level-5"><a class="nav-link" href="#方法出口"><span class="nav-number">2.1.3.</span> <span class="nav-text">方法出口</span></a></li></ol></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#本地方法栈"><span class="nav-number">3.</span> <span class="nav-text">本地方法栈</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#java堆"><span class="nav-number">4.</span> <span class="nav-text">java堆</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#方法区"><span class="nav-number">5.</span> <span class="nav-text">方法区</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#直接内存"><span class="nav-number">6.</span> <span class="nav-text">直接内存</span></a></li></ol></div>
            

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        <div class="copyright">&copy; 2017 &mdash; <span itemprop="copyrightYear">2021</span>
  <span class="with-love">
    <i class="fa fa-id-card"></i>
  </span>
  <span class="author" itemprop="copyrightHolder">liuchao</span>

  
</div>


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  if (Object.prototype.toString.call(window.Promise) !== '[object Function]') {
    window.Promise = null;
  }
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    // Popup Window;
    var isfetched = false;
    var isXml = true;
    // Search DB path;
    var search_path = "search.xml";
    if (search_path.length === 0) {
      search_path = "search.xml";
    } else if (/json$/i.test(search_path)) {
      isXml = false;
    }
    var path = "/blog/" + search_path;
    // monitor main search box;

    var onPopupClose = function (e) {
      $('.popup').hide();
      $('#local-search-input').val('');
      $('.search-result-list').remove();
      $('#no-result').remove();
      $(".local-search-pop-overlay").remove();
      $('body').css('overflow', '');
    }

    function proceedsearch() {
      $("body")
        .append('<div class="search-popup-overlay local-search-pop-overlay"></div>')
        .css('overflow', 'hidden');
      $('.search-popup-overlay').click(onPopupClose);
      $('.popup').toggle();
      var $localSearchInput = $('#local-search-input');
      $localSearchInput.attr("autocapitalize", "none");
      $localSearchInput.attr("autocorrect", "off");
      $localSearchInput.focus();
    }

    // search function;
    var searchFunc = function(path, search_id, content_id) {
      'use strict';

      // start loading animation
      $("body")
        .append('<div class="search-popup-overlay local-search-pop-overlay">' +
          '<div id="search-loading-icon">' +
          '<i class="fa fa-spinner fa-pulse fa-5x fa-fw"></i>' +
          '</div>' +
          '</div>')
        .css('overflow', 'hidden');
      $("#search-loading-icon").css('margin', '20% auto 0 auto').css('text-align', 'center');

      $.ajax({
        url: path,
        dataType: isXml ? "xml" : "json",
        async: true,
        success: function(res) {
          // get the contents from search data
          isfetched = true;
          $('.popup').detach().appendTo('.header-inner');
          var datas = isXml ? $("entry", res).map(function() {
            return {
              title: $("title", this).text(),
              content: $("content",this).text(),
              url: $("url" , this).text()
            };
          }).get() : res;
          var input = document.getElementById(search_id);
          var resultContent = document.getElementById(content_id);
          var inputEventFunction = function() {
            var searchText = input.value.trim().toLowerCase();
            var keywords = searchText.split(/[\s\-]+/);
            if (keywords.length > 1) {
              keywords.push(searchText);
            }
            var resultItems = [];
            if (searchText.length > 0) {
              // perform local searching
              datas.forEach(function(data) {
                var isMatch = false;
                var hitCount = 0;
                var searchTextCount = 0;
                var title = data.title.trim();
                var titleInLowerCase = title.toLowerCase();
                var content = data.content.trim().replace(/<[^>]+>/g,"");
                var contentInLowerCase = content.toLowerCase();
                var articleUrl = decodeURIComponent(data.url);
                var indexOfTitle = [];
                var indexOfContent = [];
                // only match articles with not empty titles
                if(title != '') {
                  keywords.forEach(function(keyword) {
                    function getIndexByWord(word, text, caseSensitive) {
                      var wordLen = word.length;
                      if (wordLen === 0) {
                        return [];
                      }
                      var startPosition = 0, position = [], index = [];
                      if (!caseSensitive) {
                        text = text.toLowerCase();
                        word = word.toLowerCase();
                      }
                      while ((position = text.indexOf(word, startPosition)) > -1) {
                        index.push({position: position, word: word});
                        startPosition = position + wordLen;
                      }
                      return index;
                    }

                    indexOfTitle = indexOfTitle.concat(getIndexByWord(keyword, titleInLowerCase, false));
                    indexOfContent = indexOfContent.concat(getIndexByWord(keyword, contentInLowerCase, false));
                  });
                  if (indexOfTitle.length > 0 || indexOfContent.length > 0) {
                    isMatch = true;
                    hitCount = indexOfTitle.length + indexOfContent.length;
                  }
                }

                // show search results

                if (isMatch) {
                  // sort index by position of keyword

                  [indexOfTitle, indexOfContent].forEach(function (index) {
                    index.sort(function (itemLeft, itemRight) {
                      if (itemRight.position !== itemLeft.position) {
                        return itemRight.position - itemLeft.position;
                      } else {
                        return itemLeft.word.length - itemRight.word.length;
                      }
                    });
                  });

                  // merge hits into slices

                  function mergeIntoSlice(text, start, end, index) {
                    var item = index[index.length - 1];
                    var position = item.position;
                    var word = item.word;
                    var hits = [];
                    var searchTextCountInSlice = 0;
                    while (position + word.length <= end && index.length != 0) {
                      if (word === searchText) {
                        searchTextCountInSlice++;
                      }
                      hits.push({position: position, length: word.length});
                      var wordEnd = position + word.length;

                      // move to next position of hit

                      index.pop();
                      while (index.length != 0) {
                        item = index[index.length - 1];
                        position = item.position;
                        word = item.word;
                        if (wordEnd > position) {
                          index.pop();
                        } else {
                          break;
                        }
                      }
                    }
                    searchTextCount += searchTextCountInSlice;
                    return {
                      hits: hits,
                      start: start,
                      end: end,
                      searchTextCount: searchTextCountInSlice
                    };
                  }

                  var slicesOfTitle = [];
                  if (indexOfTitle.length != 0) {
                    slicesOfTitle.push(mergeIntoSlice(title, 0, title.length, indexOfTitle));
                  }

                  var slicesOfContent = [];
                  while (indexOfContent.length != 0) {
                    var item = indexOfContent[indexOfContent.length - 1];
                    var position = item.position;
                    var word = item.word;
                    // cut out 100 characters
                    var start = position - 20;
                    var end = position + 80;
                    if(start < 0){
                      start = 0;
                    }
                    if (end < position + word.length) {
                      end = position + word.length;
                    }
                    if(end > content.length){
                      end = content.length;
                    }
                    slicesOfContent.push(mergeIntoSlice(content, start, end, indexOfContent));
                  }

                  // sort slices in content by search text's count and hits' count

                  slicesOfContent.sort(function (sliceLeft, sliceRight) {
                    if (sliceLeft.searchTextCount !== sliceRight.searchTextCount) {
                      return sliceRight.searchTextCount - sliceLeft.searchTextCount;
                    } else if (sliceLeft.hits.length !== sliceRight.hits.length) {
                      return sliceRight.hits.length - sliceLeft.hits.length;
                    } else {
                      return sliceLeft.start - sliceRight.start;
                    }
                  });

                  // select top N slices in content

                  var upperBound = parseInt('1');
                  if (upperBound >= 0) {
                    slicesOfContent = slicesOfContent.slice(0, upperBound);
                  }

                  // highlight title and content

                  function highlightKeyword(text, slice) {
                    var result = '';
                    var prevEnd = slice.start;
                    slice.hits.forEach(function (hit) {
                      result += text.substring(prevEnd, hit.position);
                      var end = hit.position + hit.length;
                      result += '<b class="search-keyword">' + text.substring(hit.position, end) + '</b>';
                      prevEnd = end;
                    });
                    result += text.substring(prevEnd, slice.end);
                    return result;
                  }

                  var resultItem = '';

                  if (slicesOfTitle.length != 0) {
                    resultItem += "<li><a href='" + articleUrl + "' class='search-result-title'>" + highlightKeyword(title, slicesOfTitle[0]) + "</a>";
                  } else {
                    resultItem += "<li><a href='" + articleUrl + "' class='search-result-title'>" + title + "</a>";
                  }

                  slicesOfContent.forEach(function (slice) {
                    resultItem += "<a href='" + articleUrl + "'>" +
                      "<p class=\"search-result\">" + highlightKeyword(content, slice) +
                      "...</p>" + "</a>";
                  });

                  resultItem += "</li>";
                  resultItems.push({
                    item: resultItem,
                    searchTextCount: searchTextCount,
                    hitCount: hitCount,
                    id: resultItems.length
                  });
                }
              })
            };
            if (keywords.length === 1 && keywords[0] === "") {
              resultContent.innerHTML = '<div id="no-result"><i class="fa fa-search fa-5x" /></div>'
            } else if (resultItems.length === 0) {
              resultContent.innerHTML = '<div id="no-result"><i class="fa fa-frown-o fa-5x" /></div>'
            } else {
              resultItems.sort(function (resultLeft, resultRight) {
                if (resultLeft.searchTextCount !== resultRight.searchTextCount) {
                  return resultRight.searchTextCount - resultLeft.searchTextCount;
                } else if (resultLeft.hitCount !== resultRight.hitCount) {
                  return resultRight.hitCount - resultLeft.hitCount;
                } else {
                  return resultRight.id - resultLeft.id;
                }
              });
              var searchResultList = '<ul class=\"search-result-list\">';
              resultItems.forEach(function (result) {
                searchResultList += result.item;
              })
              searchResultList += "</ul>";
              resultContent.innerHTML = searchResultList;
            }
          }

          if ('auto' === 'auto') {
            input.addEventListener('input', inputEventFunction);
          } else {
            $('.search-icon').click(inputEventFunction);
            input.addEventListener('keypress', function (event) {
              if (event.keyCode === 13) {
                inputEventFunction();
              }
            });
          }

          // remove loading animation
          $(".local-search-pop-overlay").remove();
          $('body').css('overflow', '');

          proceedsearch();
        }
      });
    }

    // handle and trigger popup window;
    $('.popup-trigger').click(function(e) {
      e.stopPropagation();
      if (isfetched === false) {
        searchFunc(path, 'local-search-input', 'local-search-result');
      } else {
        proceedsearch();
      };
    });

    $('.popup-btn-close').click(onPopupClose);
    $('.popup').click(function(e){
      e.stopPropagation();
    });
    $(document).on('keyup', function (event) {
      var shouldDismissSearchPopup = event.which === 27 &&
        $('.search-popup').is(':visible');
      if (shouldDismissSearchPopup) {
        onPopupClose();
      }
    });
  </script>





  

  

  

  
  

  

  

  

</body>
</html>
<!-- 页面点击小红心 -->
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